細菌における活性イオウ分子の代謝機構とその抗菌剤感受性制御の分子基盤

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H03115
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 澤 智裕 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 教授 (30284756)
• 研究分担者: 赤池 孝章 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20231798) ; 居原 秀 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60254447)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 生体機能物質 / 活性イオウ分子 / 酸化ストレス / 抗生物質 / 薬剤耐性 / グラム陰性菌

研究実績の概要

システインチオール基［Cys-SH］にさらに過剰なイオウ原子が付加したシステインパースルフィド［Cys-SSH］やポリスルフィド［Cys-S(S)nH］はその強力な抗酸化活性が明らかになり、活性酸素の多彩な生理活性を制御する活性イオウ分子として注目されている。本研究では、活性イオウ分子のハイスループット解析法を構築し、既に確立した質量分析に基づく精密同定・定量法と、大腸菌の網羅的遺伝子欠損株を駆使して、これまでほとんど分かっていない細菌における活性イオウ分子の代謝（生成、分解）機構を解明する。さらに近年明らかになりつつある抗菌剤の殺菌機構における活性酸素の作用に対して、活性イオウ分子がどのように関わっているのか、その分子基盤を明らかにし、新しい抗菌剤感受性の制御機構の解明に向けた研究を推進する。昨年度までに、様々なグラム陰性菌において、システインパースルフィド、グルタチオンパースルフィドが内因性に生成していることを明らかにしてきた。そこで本年度は、その酸化ストレスに対する機能を解析した。新たに開発したパースルフィドドナーで細菌を処理すると、菌体内のパースルフィドを選択的に増加することが可能となった。そのようにしてパースルフィドを増加させた細菌は、過酸化水素処理や、マクロファージによる殺菌に対して顕著に抵抗性を示すことがわかった。このことから、細菌のパースルフィドが活性酸素に対して防御的に作用していることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

細菌の酸化ストレス抵抗性において、パースルフィドが防御因子として関わることを明らかにできた。

今後の研究の推進方策

細菌におけるパースルフィドの制御（生成と分解、代謝）機構を明らかにし、それを標的とした新しい抗菌治療の可能性を探る。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis of L-cysteine derivatives containing stable sulfur isotopes and application of this synthesis to reactive sulfur metabolome. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ono, K., Jung, M., Zhang, T., Tsutsuki, H., Sezaki, H., Ihara, H., Wei, F.Y., Tomizawa, K., Akaike, T. and Sawa, T.
  • 雑誌名: Free Radic. Biol. Med. 巻: 106 ページ: 69-79
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.02.023.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reactive sulfur species regulate tRNA methylthiolation and contribute to insulin secretion. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, N., Wei, F., Watanabe, S., Ohuchi, Y., Fujimura, A., Kaitsuka, T., Sawa, T., Nakayama, H., Akaike, T. and Tomizawa, K.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 45 ページ: 435-445
  • DOI: 10.1093/nar/gkw745.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and characterization of 8-nitroguanosine 3′,5′-cyclic monophosphorothioate Rp-isomer as a potent inhibitor for protein kinase G1α. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ahmed, K. A., Zhang, T., Ono, K., Tsutsuki, H., Ida, T., Akashi, S., Miyata, K., Oike, Y., Akaike, T. and Sawa, T.
  • 雑誌名: Biol. Pharm. Bull. 巻: 40 ページ: 365-374
  • DOI: 10.1248/bpb.b16-00880.
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Metabolomic profiling of reactive persulfides and polysulfides in the aqueous and vitreous humors. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kunikata, H., Ida, T., Sato, K., Aizawa, N., Sawa, T., Tawarayama, H., Murayama, N., Fujii, S., Akaike, T. and Nakazawa, T.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 ページ: 41984
  • DOI: 10.1038/srep41984.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Silver nanoparticles as potential antibiofilm agents against human pathogenic bacteria. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kyaw, K., Harada, A., Ichimaru, H., Kawagoe, T., Yahiro, K., Morimura, S., Ono, K., Tsutsuki, H., Sawa, T. and Niidome, T.
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 46 ページ: 594-596
  • DOI: org/10.1246/cl.161198
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superoxide generation from nNOS splice variants and its potential involvement in redox signal regulation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ihara, H., Kitamura, A., Kasamatsu, S., Ida, T., Tsutsuki, H., Sawa, T., Watanabe, Y. and Akaike, T.
  • 雑誌名: Biochem. J. 巻: 474 ページ: 1149-1162
  • DOI: 10.1042/BCJ20160999.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Protein polysulfidation-dependent persulfide dioxygenase activity of ethylmalonic encephalopathy protein 1. (2016)
  • 著者名/発表者名: Jung, M., Kasamatsu, S., Matsunaga, T., Akashi, S., Ono, K., Nishimura, A., Morita, M., Hamid, H. A., Fujii, S., Kitamura, H., Sawa, T., Ida, T., Motohashi, H. and Akaike, T.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 480 ページ: 180-186
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.10.022.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Endogenous occurrence of protein S-guanylation in Escherichia coli: target identification and genetic regulation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsutsuki, H., Jung, M., Zhang, T., Ono, K., Ida, T., Kunieda, K., Ihara, H., Akaike, T. and Sawa, T.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 478 ページ: 7-11
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.07.110.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 活性イオウによる酸化ストレス制御の分子機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 澤 智裕
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] 活性イオウによる酸化ストレス制御の分子機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 澤 智裕
  • 学会等名: 第69回日本酸化ストレス学会学術集会
  • 発表場所: 仙台国際ホール
  • 年月日: 2016-08-30 – 2016-08-31
• [学会発表] 親電子性ヌクレオチドによる細胞内レドックス調節機構とその制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 澤 智裕
  • 学会等名: 第43回日本毒性学会学術年会
  • 発表場所: ウインクあいち
  • 年月日: 2016-06-29 – 2016-07-01
• [学会発表] 親電子性ヌクレオチドによるcGMP依存性プロテインキナーゼのシステイン残基修飾を介した制御機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 澤 智裕
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2016-06-07 – 2016-06-09
• [備考] 熊本大学 微生物学分野
  • URL: http://kumadai-bisei.com
• [産業財産権] イオウ原子を同位体標識したシステイン及びシステイン誘導体の合成法の確率 (2016)
  • 発明者名: 澤 智裕、小野勝彦
  • 権利者名: 国立大学法人熊本大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2016-090864
  • 出願年月日: 2016-04-28